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研究人员开发出通过控制温度条件拉伸物体的新型3D打印技术

导读: 佐治亚理工学院的研究人员使用3D打印创建能够扩展到更大尺寸的物体。这些3D打印物体有可能用于从空间任务到生物医学装置的应用。

OFweek3D打印网讯 佐治亚理工学院(Georgia Institute of Technology)的研究人员使用3D打印创建能够扩展到更大尺寸的物体。这些3D打印物体有可能用于从空间任务到生物医学装置的应用。

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Tensegrity(张拉整体式结构),一个你在物理学中听起来像在建筑学中一样的术语,其实它是一种结构性原理。“张拉整体”概念是美国著名建筑师富勒(Buckminster Fuller)创造的。这一概念的产生受到了大自然的启发。富勒认为宇宙的运行是按照张拉原理进行的,即万有引力是一个平衡的张力网,而各个星球是这个网中的一个个孤立点。按照这个思想张拉整体结构可定义为一组不连续的受压构件与一套连续的受拉单元组成的自支承、自应力的空间网格结构。这种结构的刚度由受拉和受压单元之间的平衡预应力提供,在施加预应力之前,结构几乎没有刚度,并且初始预应力的大小对结构的外形和结构的刚度起着决定性作用。由于张拉整体结构固有的符合自然规律的特点,最在限度地利用了材料和截面的特性,可以用尽量少的钢材建造超大跨度建筑。

佐治亚理工学院的研究人员团队利用张拉整体式结构原理开发了一种用于创建能够通过控制某些温度条件来拉伸物体的3D打印技术。研究团队表示这种技术可以用于太空任务,创建生物医学装置和其他应用。你甚至可以将该技术称为4D打印的示例。

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“Tensegrity结构非常轻便,而且非常强大” ,格鲁吉亚理工学院土木与环境工程学院教授Glaucio Paulino阐述道到:“这也是人们对利用外太空探索的张拉整体式结构研究非常感兴趣的原因,旨在找到一种方法来部署最初占用很小空间的大型物体”。

研究人员的研究论文已经发表在《Scientific Reports》期刊上,使用3D打印机来创建支柱,构成了tensegrity结构的主要组成部分之一。研究人员将这些支柱设计为具有狭长开口的中空管,该开口可延伸管的长度,使得它们能够压平并折叠。每个支柱在每端都有一个连接点,允许它连接到弹性线缆的网状物上。

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当这些3D打印支柱被加热到65摄氏度时,研究人员可以将部分压平并折叠成“W”形。当冷却时,结构物将保持之前的“W”形状。之后,随着3D打印线缆的连接,物体可以重新加热,使其变成张拉整体式结构。

该技术允许潜在的大型3D结构“缩小”,这将为外太空建设以及其他领域实现技术突破。

然而,在开发这种3D打印方法时,研究人员需克服前所未有的挑战。一方面,研究人员必须精确地控制结构扩张的速度和顺序。幸运的是,该团队可以使用形状记忆聚合物进行,可以在每个支柱扩展速度方面进行微调。

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“对于更大和更复杂的结构,如果你不控制这些支柱扩展的顺序,它便会缠绕在一起,从而把物体变得一团糟”,Glaucio Paulino阐述道:“通过控制每个支柱膨胀的温度,我们可以分阶段部署,进而可有效的避免物体的缠绕”。

研究人员认为,3D打印Tensegrity结构可用于构建空间探索所需的轻量级结构,甚至是形体变化的软机器人。这些活跃的Tensegrity对象在设计上非常优雅,同时为可部署3D结构开辟一系列可能性。

Tensegrity结构的运用例子包括格鲁吉亚亚特兰大的佐治亚圆顶,南韩首尔的奥林匹克体操竞技场。

责任编辑:zhouyi
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